KR100659999B1 - Dynamic bias for rf power amplifiers - Google Patents

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Abstract

A communication signal input (20) provides a voice or data wireless signal (32) for transmission. A detector (14) removes the modulation component from the spread communication signal and provides a voltage to a voltage-to-current converter (16) controlled by a transmit power control (TPC) signal (26). An output current (30) and the output signal (38) are connected to a current mirror (18) that outputs a bias signal (34) to a radio frequency (RF) power amplifier (12). An independent claim is also included for a method of dynamically biasing an RF power amplifier.

Description

ＲＦ 전력 증폭기의 동적 바이어스를 위한 가입자 장치 및 방법{DYNAMIC BIAS FOR RF POWER AMPLIFIERS}Subscriber Apparatus and Method for Dynamic Bias of Rf Power Amplifiers

도 1은 종래의 다중 접속 통신 시스템의 체계를 간단히 나타낸 도.Is a simplified diagram of a scheme of a conventional multiple access communication system.

도 2는 종래의 무선 통신 시스템의 체계를 간단히 나타낸 도.2 is a simplified diagram of a scheme of a conventional wireless communication system.

도 3은 단기간 피크 전력 수요를 나타낸 도.3 shows a short term peak power demand.

도 4는 본 발명의 체계도.4 is a system diagram of the present invention.

도 5는 본 발명의 입력 전력 대 출력 전력 관계를 나타낸 도.5 illustrates the input power to output power relationship of the present invention.

본 발명은 일반적으로 무선 디지털 통신 시스템에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 무선 통신을 전송하기 위해 사용되는 무선 주파수(Radio Frequency; RF) 전력 증폭기를 동적으로 바이어스하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates generally to wireless digital communication systems, and more particularly to systems and methods for dynamically biasing a Radio Frequency (RF) power amplifier used to transmit wireless communications.

전형적으로, 디지털 통신 시스템은 진폭, 주파수 또는 위상이 변화하는 변조 기술에 의해 연속 주파수 반송파를 이용하여 정보 또는 데이터를 전송한다. 변조 후에, 신호가 증폭되고 통신 매체를 통하여 전송된다.Typically, digital communication systems transmit information or data using continuous frequency carriers by modulation techniques that vary in amplitude, frequency or phase. After modulation, the signal is amplified and transmitted over the communication medium.

다중 접속 통신 시스템은 정보를 전송 또는 수신하기 위하여 다수의 가입자 장치가 동일한 통신 매체에 접근할 수 있게 한다. 통신 매체는 일반적으로 통신 채널이라고 부르며, 정보를 하나의 위치로부터 다른 위치로 이송한다. RF 통신에 있어서, 채널은 수 kHz의 저주파수로부터 수 MHz의 단파, 수백 MHz까지 신장하는 고주파수 및 초고주파수, 그 다음에 대략 1 GHz에서 시작하는 마이크로파 영역까지 신장하는 전자기 주파수 스펙트럼이다.Multiple access communication systems allow multiple subscriber devices to access the same communication medium in order to transmit or receive information. Communication media are generally called communication channels and carry information from one location to another. In RF communication, a channel is an electromagnetic frequency spectrum that extends from low frequencies of several kHz to short waves of several MHz, high and ultra high frequencies that extend to several hundred MHz, and then microwave regions starting at approximately 1 GHz.

종래의 다중 접속 통신 시스템은 도 1에 도시되어 있다. 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 시분할 다중 접속(TDMA), 반송파 감지 다중 접속(CSMA), 코드 분할 다중 접속(CDMA) 등과 같은 통신 기술은 하나 이상의 가입자 장치가 동일한 통신 매체에 접속하는 것을 가능하게 한다. 이 기술들은 함께 혼합되어 다중 접속 방식의 하이브리드 변종(hybrid variety)을 생성한다. 예를 들어, 제안된 제3세대 무선 프로토콜의 시분할 듀플렉스(TDD) 모드는 TDMA와 CDMA의 합성체이다.A conventional multiple access communication system is shown in FIG. Communication techniques such as frequency division multiple access (FDMA), time division multiple access (TDMA), carrier sense multiple access (CSMA), code division multiple access (CDMA), and the like, enable one or more subscriber devices to access the same communication medium. . These technologies are mixed together to create a hybrid variety of multiple access schemes. For example, the time division duplex (TDD) mode of the proposed third generation wireless protocol is a composite of TDMA and CDMA.

종래의 CDMA 무선 통신 시스템의 일예는 도 2에 도시되어 있다. 통신 데이터는 의사 잡음(PN) 신호로 전송될 데이터를 변조함으로써 광역화 대역(확산 스펙트럼)으로 전송된다. 전송될 데이터 신호는 수백만 헤르츠일 수 있는 주파주 대역 상에 분포된 단지 수천 헤르츠의 대역폭을 가질 수 있다. 통신 채널은 복수의 독립 서브채널(sub channel)에 의해 동시에 사용된다. 각각의 서브채널에 대하여 다른 모든 서브채널들은 간섭으로써 나타난다.One example of a conventional CDMA wireless communication system is shown in FIG. Communication data is transmitted in a wide area band (spread spectrum) by modulating the data to be transmitted as a pseudo noise (PN) signal. The data signal to be transmitted can have a bandwidth of only thousands of hertz distributed over a frequency band, which can be millions of hertz. The communication channel is used simultaneously by a plurality of independent subchannels. For each subchannel all other subchannels appear as interference.

도시되어 있는 바와 같이, 주어진 대역폭의 단일 서브 채널은 광대역 폭 PN 시퀀스 발생기에 의해 발생된 소정의 패턴을 반복하는 독특한 확산 코드와 혼합된다. 상기 독특한 확산 코드는 확산 코드 간의 교차 상관이 제로에 가깝게 되도록 서로에 대해 일반적으로 의사 직교(pseudo-orthogonal)한다. 데이터 신호는 PN 시퀀스로 변조되어 디지털 확산 스펙트럼 신호를 생성한다. 그 다음에, 반송파 신호는 디지털 확산 스펙트럼 신호로 변조되어 전송된다. 수신기는 전송 신호를 복조하여 디지털 확산 스펙트럼 신호를 추출한다. 전송된 데이터는 정합 PN 시퀀스와의 상관 후에 재생된다. 확산 코드가 서로에 대해 직교할 때, 수신된 신호는 특수한 확산 코드에 관련된 원하는 가입자 장치 신호만이 강화되고 다른 모든 가입자 장치용의 다른 신호들은 강화되지 않도록 특수한 확산 코드에 관련된 특수한 가입자 장치 신호와 상관될 수 있다.As shown, a single subchannel of a given bandwidth is mixed with a unique spreading code that repeats a predetermined pattern generated by a wide bandwidth PN sequence generator. The unique spreading codes are generally pseudo-orthogonal to one another such that the cross correlation between spreading codes is close to zero. The data signal is modulated into a PN sequence to produce a digital spread spectrum signal. The carrier signal is then modulated and transmitted into a digital spread spectrum signal. The receiver demodulates the transmitted signal to extract the digital spread spectrum signal. The transmitted data is reproduced after correlation with the matched PN sequence. When the spreading codes are orthogonal to each other, the received signal correlates with the particular subscriber device signal associated with the particular spreading code so that only the desired subscriber device signal associated with the particular spreading code is enhanced and the other signals for all other subscriber devices are not enhanced. Can be.

CDMA 시스템 내의 많은 서브채널들이 동일한 대역폭을 공유하기 때문에, 종래의 대부분의 무선 통신 시스템들은 하나의 서브채널이 다른 서브채널을 방해(jamming)하지 않도록 소정 형태의 적응성 전송 전력 제어(TPC)를 이용한다. 가입자 장치 또는 기지국이 특정 신호를 수신하면, 모든 다른 서브채널 또는 가입자 장치의 신호들은 잡음으로써 나타난다. 그러므로 하나의 가입자 장치의 신호의 출력 레벨을 증가시키면 다른 모든 가입자 장치에 나타나는 잡음이 증가한다.Since many subchannels in a CDMA system share the same bandwidth, most conventional wireless communication systems use some form of adaptive transmit power control (TPC) such that one subchannel does not jam another. When a subscriber device or base station receives a particular signal, the signals of all other subchannels or subscriber devices appear as noise. Therefore, increasing the output level of the signal of one subscriber device increases the noise present in all other subscriber devices.

종래의 CDMA 통신 시스템에 있어서, 기지국은 통신 신호를 다운 링크를 통해 특정 가입자 장치에 전송한다. 통신 신호를 수신하면 정성(qualitative) 신호 측정이 행하여지고 비교된다. 그 비교에 기초하여, TPC 신호가 업링크를 통해 기지국으로 보내져서 기지국이 상기 특정 가입자 장치에 보내는 전송 전력을 증가시키거나 또는 감소시키게 한다. 이러한 방법은 순방향 채널 전력 제어라고 알려져 있다. 이와 반대로, 가입자 장치로부터 기지국으로 보내지는 전송을 위한 전력 제어는 역방향 채널 전력 제어라고 알려져 있다.In a conventional CDMA communication system, a base station transmits a communication signal through a downlink to a specific subscriber device. Upon receiving the communication signal, qualitative signal measurements are made and compared. Based on the comparison, a TPC signal is sent on the uplink to the base station to increase or decrease the transmit power sent by the base station to the particular subscriber device. This method is known as forward channel power control. In contrast, power control for transmission sent from a subscriber device to a base station is known as reverse channel power control.

전송을 위한 신호 출력의 전력 레벨은, 전치 구동기단, 가변 이득 증폭기, 감쇠기 등을 이용하여 TPC 신호로 RF 증폭기에 입력되는 신호 진폭을 조정함으로써 영향을 받는다. 그러나 증폭기의 이득 및 바이어스는 그대로 고정되어 있다. 따라서, 전송된 신호의 진폭이 증가하거나 감소하는 경우에도 증폭기의 동작점은 일정하다. The power level of the signal output for transmission is affected by adjusting the signal amplitude input to the RF amplifier as a TPC signal using a pre-driver stage, a variable gain amplifier, an attenuator and the like. However, the gain and bias of the amplifier remain fixed. Thus, the operating point of the amplifier is constant even when the amplitude of the transmitted signal increases or decreases.

제안된 제3세대 무선 프로토콜은 광대역 폭의 고속 데이터 전송 통신을 제공한다. 제안된 대역폭은 5∼10 MHz 통신 채널이다. 그러나 대략 10∼15 dB의 빠른 페이딩이 발생하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 휴대용 가입자 장치가 규정된 셀의 경계에 위치하고 최대 전력으로 전송하는 경우에는 순간 시간 증가에 대하여 10∼15 dB의 전송 출력 전력 마진이 필요하다. 그러한 조건이 도 3에서 시간(초) 대 가입자 장치 출력 전력(dB)의 형태로 그래프 적으로 도시되어 있다. 평균 전송 출력 전력 범위는 12∼17 dB이다. 평균 전송 전력 이상의 과도 피크(transient peak)의 발생은 도 3에 도시된 16초의 시간 분포 샘플에서 약 1∼10%의 양을 갖는다. 이것은 높은 전송 전력이 필요한 제한된 기간을 나타낸다.The proposed third generation wireless protocol provides a wide bandwidth high speed data transmission communication. The proposed bandwidth is a 5-10 MHz communication channel. However, it is known that fast fading of approximately 10-15 dB occurs. For example, when a portable subscriber station is located at the boundary of a defined cell and transmits at full power, a transmission output power margin of 10-15 dB is required for instantaneous time increase. Such a condition is shown graphically in FIG. 3 in the form of time (seconds) versus subscriber device output power (dB). The average transmit output power range is 12 to 17 dB. The occurrence of a transient peak above the average transmit power has an amount of about 1-10% in the 16 second time distribution sample shown in FIG. This represents a limited period in which high transmit power is required.

데이터 신호를 변조하는 가장 통상적인 방법은 입력 신호에 따라 미리 규정된 반송파 주파수의 진폭 및 위상을 변화시키는 직교 진폭 변조(QAM) 방법이다. 그 이유는, 진폭 정보를 거의 또는 전혀 포함하지 않는 주파수 변조(FM), 주파수 편이 변조(FSK), 위상 편이 변조(PSK), 또는 이진 위상 편이 변조(BPSK)와는 다르게, 많은 종류의 QAM(64QAM, 256QAM 등) 및 직교 위상 편이 변조(QPSK)는 진폭 정보를 변 조의 일부로서 포함시킴으로써 이용가능한 대역폭을 더 효율적으로 사용하기 때문이다. 신호를 적절하게 증폭하기 위하여, 송신기 전력 증폭기는 선형 모드로 동작하여야 한다. 변조기 포트에서 입력 신호의 동적 범위는 매우 커질 수 있다. 예를 들어, 제3세대 무선 프로토콜에서 입력 신호의 정점 대 평균 비율은 10 dB 이상일 수 있다.The most common method of modulating a data signal is a Quadrature Amplitude Modulation (QAM) method that changes the amplitude and phase of a predefined carrier frequency in accordance with the input signal. This is because, unlike frequency modulation (FM), frequency shifting modulation (FSK), phase shifting modulation (PSK), or binary phase shifting modulation (BPSK), which contains little or no amplitude information, many types of QAM (64QAM). And quadrature phase shift modulation (QPSK) use the available bandwidth more efficiently by including amplitude information as part of the modulation. In order to properly amplify the signal, the transmitter power amplifier must operate in linear mode. The dynamic range of the input signal at the modulator port can be very large. For example, in the third generation wireless protocol, the peak-to-average ratio of the input signal may be 10 dB or more.

큰 과도 피크는 좋지 않다. 전송 출력 전력이 3 dB 증가할 때마다, 2배의 베이스 RF 증폭 전력(와트)이 필요하고, 이것은 증폭기를 그 응답 곡선의 비선형 동작 영역으로 들어가게 할 수 있다. 그 결과 대역 외 방사를 증가시키고 증폭기 효율을 저하시킨다. 또한, 증폭기의 전원은 예상되는 최대 과도 값보다 더 큰 용량을 가져야 한다. 이것은 배터리로 동작하는 휴대용 장치에 있어서 특히 좋지 않다. 높은 과도 값에 대응하는 고 전력 레벨용으로 설계하기 위해서는 더 복잡한 증폭기 회로가 필요하다. 그렇지 않으면, 증폭기 이득과 배터리 수명과 통신 시간 사이에서 타협이 이루어질 것이다.Large transient peaks are not good. Every 3 dB increase in transmit output power requires twice the base RF amplification power (watts), which can cause the amplifier to enter the nonlinear operating region of its response curve. The result is increased out-of-band radiation and lowered amplifier efficiency. In addition, the power supply of the amplifier must have a capacity larger than the expected maximum transient value. This is particularly bad for battery operated portable devices. More complex amplifier circuits are needed to design for high power levels that correspond to high transient values. Otherwise, there will be a compromise between amplifier gain and battery life and communication time.

종래의 기술에는 사전 왜곡 발생기, 엔벨로프 피드백 보정 및 피드 포워드 오차 보정과 같은 RF 전력 증폭기의 효율을 증가시키기 위한 많은 기술이 공지되어 있다. 그러나 RF 전력 증폭기 효율을 증가시키기 위하여 종래에 사용되었던 방법들은 기존의 설계 문제를 악화시킨다.Many techniques are known in the art to increase the efficiency of an RF power amplifier, such as a predistortion generator, envelope feedback correction, and feed forward error correction. However, methods conventionally used to increase RF power amplifier efficiency exacerbate existing design problems.

따라서, 종래 기술과 관련된 문제점들을 해결할 수 있는 RF 증폭기의 필요성이 존재한다.Therefore, there is a need for an RF amplifier that can solve the problems associated with the prior art.

본 발명은 전송 전력 제어(TPC) 신호에 응답하여 RF 송신기 증폭기의 동작 바이어스를 동적으로 조정하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 이용가능한 전원이 제한되어 있는 분야에 고효율의 RF 전력 증폭을 제공한다. 본 발명은 전송 전력 수요에 직접 대응하는 증폭기 동작 바이어스를 충족하도록 검출기 및 전압-전류 변환기를 구비한 임의의 통신 구조에 내재하는 TPC 신호를 사용한다.The present invention relates to a system and method for dynamically adjusting the operating bias of an RF transmitter amplifier in response to a transmit power control (TPC) signal. The present invention provides high efficiency RF power amplification for applications where available power sources are limited. The present invention uses the TPC signal inherent in any communication structure with a detector and a voltage-to-current converter to meet the amplifier operating bias that corresponds directly to the transmit power demand.

따라서, 본 발명은 신호 증폭 요구에 따라서 RF 증폭기의 동작 바이어스를 동적으로 조정하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to dynamically adjust the operating bias of an RF amplifier in accordance with a signal amplification request.

본 발명에 따른 시스템 및 방법의 기타 목적 및 장점들은 당업자라면 양호한 실시예에 관한 이하의 상세한 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the systems and methods according to the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following detailed description of the preferred embodiments.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면 전체에 있어서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like numbers refer to like elements throughout.

도 4에는 가입자 장치 내에 통합된 본 발명의 동적 바이어스 증폭 시스템(10)이 도시되어 있다. 그러나 당업자라면 이 시스템이 기지국의 일부로써 통합될 수도 있다는 것을 알 것이다. 상기 시스템(10)은 통신 신호 입력단(20), 증폭기(12), 검출기(14), 전력 제어 신호 입력단(22), 전압-전류 변환기(16), 전류 미러(18) 및 출력단(24)을 포함한다. 편의상, 본 발명을 설명함에 있어서, TPC 신호를 사용하는 무선 통신 시스템을 참조하여 설명한다. 그러나 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명이 전력 제어 신호를 사용하는 어떠한 종류의 통신 시스템에도 활용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.4 shows a dynamic bias amplification system 10 of the present invention incorporated into a subscriber device. However, those skilled in the art will appreciate that this system may be integrated as part of the base station. The system 10 includes a communication signal input 20, an amplifier 12, a detector 14, a power control signal input 22, a voltage-to-current converter 16, a current mirror 18 and an output 24. Include. For convenience, the present invention will be described with reference to a wireless communication system using a TPC signal. However, one of ordinary skill in the art will appreciate that the present invention can be applied to any kind of communication system using power control signals.

통신 신호 입력단(20)은 전송 준비가 완료된 입력 무선 통신 신호(32)를 제공한다. 이 입력 무선 통신 신호(32)는 음성, 데이터, 또는 무선 통신 시스템에 의해 전송될 수 있는 어떤 다른 종류의 무선 신호도 포함할 수 있다.The communication signal input terminal 20 provides an input wireless communication signal 32 ready for transmission. This input wireless communication signal 32 may include voice, data, or any other kind of wireless signal that may be transmitted by the wireless communication system.

RF 증폭기(12)는 입력 신호(32)를 수신하고 그 입력 신호(32)의 전력을 선형으로 증가시켜 더 큰 전력 레벨의 출력 신호(38)를 제공한다. RF 증폭기(12)는 한개 또는 복수개의 이득단, 상기 각 이득단용의 한개 또는 복수개의 바이어스 조정 수단, 입력 스케일링 등을 포함할 수 있다. RF 증폭기(12)의 회로 토폴로지는 여기에서의 설명의 범위를 벗어난다.The RF amplifier 12 receives the input signal 32 and linearly increases the power of the input signal 32 to provide an output signal 38 of a higher power level. The RF amplifier 12 may include one or more gain stages, one or more bias adjustment means for each gain stage, input scaling, and the like. The circuit topology of the RF amplifier 12 is beyond the scope of the description herein.

검출기(14)는 확산 통신 신호에서 변조 성분을 제거하고 시간에 따라 천천히 변화하는 DC 전압 출력 신호(28)를 제공한다. 검출기(14)의 출력은 전압-전류 변환기(16)의 제1 입력에 결합된다.Detector 14 removes the modulation components from the spread communication signal and provides a DC voltage output signal 28 that changes slowly over time. The output of the detector 14 is coupled to the first input of the voltage-current converter 16.

제어 입력단(22)은 TPC 신호(26)를 제공한다. TPC 신호(26)의 발생 및/또는 TPC 처리에 관한 상세한 내용은 여기에서의 설명의 범위를 벗어난다. 그러나 일반적으로, TPC 신호(26)는 기지국(또는 가입자 장치)으로부터 유도되고, 가입자 장치(또는 기지국)(즉, 대응하는 통신 엔티티)의 전송 전력의 정량 측정을 수행한다. 기지국 또는 가입자 장치는 대응하는 통신 엔티티에 TPC 신호(26)를 전송하여 상기 대응하는 통신 엔티티가 기지국 또는 가입자 장치에 의해 수행된 계산에 따라 그 전력을 증가시키거나 감소시키게 한다.The control input 22 provides a TPC signal 26. Details regarding the generation of the TPC signal 26 and / or TPC processing are beyond the scope of the description herein. Generally, however, the TPC signal 26 is derived from the base station (or subscriber device) and performs quantitative measurements of the transmit power of the subscriber device (or base station) (ie, the corresponding communication entity). The base station or subscriber device sends a TPC signal 26 to the corresponding communication entity to cause the corresponding communication entity to increase or decrease its power in accordance with the calculation performed by the base station or subscriber device.

전압-전류 변환기(16)는 2개의 입력을 수신하며, 그 입력을 스케일링하고 합성하여 전류 출력 신호(30)를 발생한다. 그 제1 입력은 검출기 출력 신호(28)이고, 제2 입력은 TPC 신호(26)이다. 전압-전류 변환기(16)는 상기 입력들(26, 28)을 수신하여 그 입력들(26, 28)을 스케일링 즉 가중하고, 이하(수학식 1)의 미리 정해진 공식에 따라 그 입력들(26, 28)을 합성하여 전류 출력 신호(30)를 형성한다.The voltage-to-current converter 16 receives two inputs and scales and combines the inputs to generate a current output signal 30. The first input is a detector output signal 28 and the second input is a TPC signal 26. The voltage-to-current converter 16 receives the inputs 26, 28 to scale, or weight, the inputs 26, 28, and the inputs 26 according to the following formula (1). , 28 are combined to form a current output signal 30.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112005021328319-pat00001
Figure 112005021328319-pat00001

여기에서 P는 검출기 출력 신호(28)이고, V는 TPC 신호(26)이며, W1과 W2는 동적 전력 제어 범위, 파형의 피크 대 평균 비율 및 사용된 전력 증폭기의 구조의 함수인 설계 특성 상수이다.Where P is the detector output signal 28, V is the TPC signal 26, and W 1 and W 2 are design characteristics that are a function of the dynamic power control range, the peak-to-average ratio of the waveform, and the structure of the power amplifier used. Is a constant.

전류 출력 신호(30)는 전류 미러(18)의 하나의 입력에 결합된다. RF 증폭기(12)의 출력(38)으로부터의 피드백 라인(36)은 전류 미러(18)의 제2 입력에 결합된다. 전류 미러(18)는 상기 2개의 입력 신호(30, 36)를 비교하여 바이어스 전류 신호(34)를 출력한다. 도시되어 있는 바와 같이, 출력 바이어스 전류 신호(34)는 TPC 신호(26)와 증폭기(12)의 출력(38) 모두에 관련된다. 예를 들어, TPC 신호(26)가 하이일 때, 이것은 기지국이 가입자 장치로부터 더 큰 전송 전력을 요구한다는 것을 나타낸다. 종래 기술에서 설명된 것처럼, TPC 신호(26)는 가입자 장치에 의해 전송되는 신호의 전력을 적절히 증가시키거나 감소시킨다. 2개의 입력 신호(30, 36)는 비교를 위해 스케일링 된다. 전류 출력 신호(30)가 RF 증폭기(12)의 출력(38)보다 더 높으면, 전류 미러(18)는 바이어스 전류 신호(34)를 증가시킨다. 유사하게, 전류 출력 신호(30)가 RF 증폭기(12)의 출력(38)보다 더 낮으면, 전류 미러(18)는 바이어스 전류 신호(34)를 감소시킨다.The current output signal 30 is coupled to one input of the current mirror 18. The feedback line 36 from the output 38 of the RF amplifier 12 is coupled to the second input of the current mirror 18. The current mirror 18 compares the two input signals 30 and 36 and outputs a bias current signal 34. As shown, the output bias current signal 34 is related to both the TPC signal 26 and the output 38 of the amplifier 12. For example, when the TPC signal 26 is high, this indicates that the base station requires more transmit power from the subscriber device. As described in the prior art, the TPC signal 26 appropriately increases or decreases the power of the signal transmitted by the subscriber device. The two input signals 30, 36 are scaled for comparison. If the current output signal 30 is higher than the output 38 of the RF amplifier 12, the current mirror 18 increases the bias current signal 34. Similarly, if the current output signal 30 is lower than the output 38 of the RF amplifier 12, the current mirror 18 reduces the bias current signal 34.

비교 처리를 통하여, 전류 미러(18)는 더 크거나 더 작은 바이어스 전류를 생성하고, 이것에 의해 RF 증폭기(12)의 선형 동작 영역에 영향을 미친다. 이것은 RF 증폭기(12)가 선형 동작 영역에 유지되고 있는 동안 부가적인 헤드룸(headroom)을 제공한다. TPC 신호(26)가 감소하면, RF 증폭기(12)는 높은 바이어스가 더 높은 전력 소모를 야기하므로 큰 바이어스 전류를 요구하지 않는다. 따라서, 바이어스 전류가 저하되어 전력 소모를 감소시킨다.Through comparison processing, the current mirror 18 generates a larger or smaller bias current, thereby affecting the linear operating area of the RF amplifier 12. This provides additional headroom while the RF amplifier 12 is maintained in the linear operating region. As the TPC signal 26 decreases, the RF amplifier 12 does not require a large bias current because high bias causes higher power consumption. Thus, the bias current is lowered to reduce power consumption.

도 5는 증폭기 입력 전력(Pin) 대 증폭기 출력 전력(Pout)의 비와 동일한 증폭기 이득을 나타내는 도이다. 1 dB 압축 지점(P1dB)은 증폭기 이득이 비선형으로 되는 지점이다. 바이어스 2에 대한 1 dB 압축 지점(지점 A)은 바이어스 1에 대한 1 dB 압축 지점(지점 B)보다 낮은 출력 전력에서 발생한다. 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 의해 유도된 동적 바이어싱 값은 증폭기의 선형 동작 영역을 확장한다. 따라서, 출력 전력이 감소하면 바이어스 전류가 그에 따라 감소하지만, 선형 증폭 동작을 여전히 제공한다. 입력 전력이 증가하면 바이어스 전류 레벨이 증가하여 선형 동작을 유지한다. 5 is a diagram showing an amplifier gain equal to the ratio of amplifier input power P in to amplifier output power P out . The 1 dB compression point (P1 dB) is the point at which the amplifier gain is nonlinear. The 1 dB compression point for point 2 (point A) occurs at an output power lower than the 1 dB compression point for point 1 (point B). As shown, the dynamic biasing values derived by the present invention extend the linear operating region of the amplifier. Thus, as the output power decreases, the bias current decreases accordingly, but still provides linear amplification operation. As the input power increases, the bias current level increases to maintain linear operation.

본 발명은 통계적으로 종래의 보상 기술보다 우수하다. 송신기에 의해 요구되는 최대 전력이 전체 전송 시간의 수 %에 불과하므로, TPC 신호를 동적으로 추적함으로써, 본 발명의 동적으로 바이어스된 RF 전력 증폭기는 전력 소모를 크게 개선한다.The present invention is statistically superior to conventional compensation techniques. Since the maximum power required by the transmitter is only a few percent of the total transmission time, by dynamically tracking the TPC signal, the dynamically biased RF power amplifier of the present invention greatly improves power consumption.

지금까지 본 발명을 양호한 실시예에 따라 설명하였지만, 이하의 특허 청구범위에서 규정하는 발명의 범위 내에서 다른 변형이 이루어질 수 있음은 명백하다. While the invention has been described so far according to preferred embodiments, it is clear that other modifications can be made within the scope of the invention as defined in the following claims.

본 발명에 의하면 신호 증폭 요구에 따라서 RF 증폭기의 동작 바이어스를 동적으로 조정할 수 있다.According to the present invention, the operation bias of the RF amplifier can be dynamically adjusted according to the signal amplification request.

Claims (10)

기지국으로부터의 무선 다운링크 통신 신호를 통해 데이터 및 전송 전력 제어(TPC) 신호를 수신하고, 역방향 채널 통신 신호의 전력 제어를 수행하는 가입자 장치에 있어서,A subscriber apparatus for receiving data and transmit power control (TPC) signals via a wireless downlink communication signal from a base station and performing power control of a reverse channel communication signal, 상기 역방향 채널 통신 신호에 대하여 증폭기 이득의 선형 영역에서 증폭을 제어하는 것과 관련된 바이어스 포인트를 갖고, RF 출력 신호를 생성하는 RF 전력 증폭기(12);An RF power amplifier (12) having a bias point associated with controlling amplification in a linear region of amplifier gain for said reverse channel communication signal and generating an RF output signal; 상기 역방향 채널 통신 신호를 수신하고 상기 역방향 채널 통신 신호로부터 변조 성분들을 제거하여 검출기 출력 신호를 제공하는 검출기(14);A detector (14) receiving the reverse channel communication signal and removing modulation components from the reverse channel communication signal to provide a detector output signal; 상기 검출기에 결합되고, 상기 TPC 신호 및 상기 검출기 출력 신호를 스케일링 및 합성하여 전류 신호를 생성하도록 구성되는 변환기(16)-상기 TPC는 송신기 송신 전력의 요구되는 증가치 또는 감소치에 따라 변화하고, 상기 TPC는 상기 기지국에 의해 생성된 정량적 측정치에 의해 얻어짐-; 및A transducer 16 coupled to the detector and configured to scale and synthesize the TPC signal and the detector output signal to produce a current signal, the TPC varies in accordance with a required increase or decrease of transmitter transmit power, TPC is obtained by quantitative measurements produced by the base station; And 상기 전류 신호 및 상기 RF 출력 신호로부터의 피드백을 수신하고, 상기 전류 신호를 상기 피드백과 비교하여 바이어스 신호를 생성하는 전류 미러(18)A current mirror 18 which receives feedback from the current signal and the RF output signal and compares the current signal with the feedback to generate a bias signal 를 포함하고,Including, 상기 RF 증폭기의 바이어스 포인트는 상기 RF 증폭기가 선형 이득의 동작 영역에서 동작하도록 상기 바이어스 신호에 응답하여 동적으로 조정되는 것인 가입자 장치.And the bias point of the RF amplifier is dynamically adjusted in response to the bias signal such that the RF amplifier operates in an operating region of linear gain. 제1항에 있어서, 상기 변환기는,The method of claim 1, wherein the converter, 전류 신호 = (W1 * log P) + (W2 * log V)Current signal = (W 1 * log P) + (W 2 * log V) 를 결정함에 의해 스케일링 및 합성을 수행하며,Performing scaling and synthesis by determining 상기 관계식에서 P는 상기 검출기 출력 신호를 나타내고, V는 TPC 신호를 나타내며, 가중치 W1 및 W2는 상기 RF 전력 증폭기의 동적 전력 제어 범위의 함수인 설계 특성 상수인 것인 가입자 장치.Wherein P represents the detector output signal, V represents the TPC signal, and weights W 1 and W 2 are design characteristic constants that are a function of the dynamic power control range of the RF power amplifier. 제2항에 있어서, 상기 가중치들은 파형의 피크 대 평균(peak-to-average) 비율 및 상기 RF 전력 증폭기 구조의 함수인 것인 가입자 장치.3. The subscriber device of claim 2 wherein the weights are a function of the peak-to-average ratio of the waveform and the RF power amplifier structure. 제2항에 있어서, 상기 전류 미러는 상기 비교를 수행하기 전에 상기 전류 신호와 상기 피드백 신호를 스케일링하는 동작을 더 수행하는 것인 가입자 장치.3. The subscriber device of claim 2 wherein the current mirror further performs scaling of the current signal and the feedback signal before performing the comparison. 제1항에 있어서, 상기 통신 신호는 CDMA 신호인 것인 가입자 장치.2. The subscriber device of claim 1 wherein the communication signal is a CDMA signal. 무선 다운링크 통신 신호를 통해 데이터 및 전송 전력 제어(TPC) 신호를 수신하는 가입자 장치에서, 상기 가입자 장치에 의해 송신하기 위한 통신 신호를 증폭하는 RF 전력 증폭기의 동작 바이어스를 동적으로 조정하는 방법에 있어서,A subscriber device receiving data and transmit power control (TPC) signals via a wireless downlink communication signal, the method of dynamically adjusting an operating bias of an RF power amplifier that amplifies a communication signal for transmission by the subscriber device. , 상기 다운링크 통신 신호 내의 상기 TPC 신호를 수신하는 단계;Receiving the TPC signal in the downlink communication signal; 업링크를 위해 의도된 통신 신호를 변환하여 변환 신호를 생성하는 단계;Converting the communication signal intended for the uplink to generate a converted signal; 상기 변환 신호와 수신된 상기 TPC 신호를 스케일링 및 합성하여 전류 신호를 생성하는 단계;Scaling and combining the converted signal and the received TPC signal to generate a current signal; 상기 전류 신호를 상기 RF 전력 증폭기 출력으로부터의 피드백과 비교하여 바이어스 신호를 생성하는 단계; 및Comparing the current signal with feedback from the RF power amplifier output to generate a bias signal; And 상기 RF 증폭기가 선형 이득의 동작 영역에서 동작하도록, 상기 바이어스 신호를 이용하여 상기 RF 증폭기의 동작 바이어스를 동적으로 조정하는 단계Dynamically adjusting the operating bias of the RF amplifier using the bias signal such that the RF amplifier operates in an operating region of linear gain. 를 포함하는 RF 전력 증폭기 동작 바이어스의 동적 조정 방법.Dynamic adjustment method of the RF power amplifier operating bias comprising a. 제6항에 있어서, 상기 스케일링 및 합성 단계는,The method of claim 6, wherein the scaling and synthesis step, 전류 신호 = (W1 * log P) + (W2 * log V)Current signal = (W 1 * log P) + (W 2 * log V) 를 결정함에 의해 수행되며,Is determined by 상기 관계식에서 P는 상기 변환 신호를 나타내고, V는 상기 TPC 신호를 나타내며, 가중치 W1 및 W2는 상기 RF 전력 증폭기의 동적 전력 제어 범위의 함수인 설계 특성 상수인 것인 RF 전력 증폭기 동작 바이어스의 동적 조정 방법.Where P represents the conversion signal, V represents the TPC signal, and weights W 1 and W 2 are design characteristic constants that are a function of the dynamic power control range of the RF power amplifier. Dynamic adjustment method. 제6항에 있어서, 상기 가중치들은 파형의 피크 대 평균(peak-to-average) 비율 및 상기 RF 전력 증폭기 구조의 함수인 것인 RF 전력 증폭기 동작 바이어스의 동적 조정 방법.7. The method of claim 6, wherein the weights are a function of the peak-to-average ratio of the waveform and the RF power amplifier structure. 제7항에 있어서, 상기 비교 단계는 상기 비교를 수행하기 전에 상기 전류 신호와 상기 피드백 신호를 스케일링하는 단계를 더 포함하는 것인 RF 전력 증폭기 동작 바이어스의 동적 조정 방법.8. The method of claim 7, wherein the comparing step further comprises scaling the current signal and the feedback signal prior to performing the comparison. 제6항에 있어서, 상기 통신 신호는 CDMA 신호인 것인 RF 전력 증폭기 동작 바이어스의 동적 조정 방법.7. The method of claim 6, wherein the communication signal is a CDMA signal.
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